盖孜水电站洪水特性分析及设计洪水计算

(新疆维吾尔自治区水文局水文实验站，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 流域概况

盖孜河流域地处新疆塔里木盆地西南边缘，帕米尔高原东部，主要位于新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县境内。流域总面积18543km2，其中山区面积10712km2，平原面积7831km2。

喀拉库里河、木吉河于布仑口汇合后始称盖孜河，布伦口水文站至克勒克水文站之间的盖孜河(下文中简称为布—克区间)，河长约38km，区间流域面积864km2。

盖孜河克勒克水文站以上流域气候严寒，无霜期短，不适合农作物生长，但有很多天然草场，这些草场是克州的主要牧区之一。布伦口水文站以上流域内湖泊、沼泽较多，著名的湖泊有布伦口湖、琼块勒巴什、卡拉克勒等湖泊。湖泊总面积约为21km2；高山沼泽分布较广，面积约达42.20km2，其中木吉河的沼泽面积约为27km2。

2 历史洪水

根据已通过审查的《新疆盖孜河布伦口—公格尔水电站工程初步设计报告》描述，新疆喀什地区水文水资源勘测局等单位曾于1959年、1960年及1961年对盖孜河流域进行过比较全面的历史洪水调查。

在布伦口站处调查到的历史洪水有三场，分别为：1913年洪水，洪峰流量393m3/s；1945年洪水，洪峰流量324m3/s；还有一场洪水未确定年份，其洪峰流量为674m3/s。在下游克勒克站调查到的历史洪水为：1913年洪水，洪峰流量629m3/s；1926年洪水，洪峰流量1010m3/s；1945年洪水，洪峰流量为502m3/s。对于1926年的洪水，喀什地区水文队曾在其下游进行过反复调查论证，证明克勒克站洪峰流量1010m3/s是较可靠的。盖孜河流域历史洪水调查成果见表1。

表1 盖孜河流域历史洪水调查成果

布伦口站与克勒克站的年最大洪峰流量之比：1957—1967年平均为0.78，年最大24h、3日、5日、7日及l5日洪量之比分别为0.71、0.69、0.68、0.67及0.64；两站9年中同次最大24h的洪量之比，9次平均分别为0.69、0.68；经统计布伦口站与克勒克站9年同期观测中，49场同次洪峰之比值介于0.55～0.90之间，平均比值为0.71。

布伦口站与克勒克站历史洪水的洪峰之比：1913年为0.625，1945年为0.645，布伦口站最大调查值与克勒克站1926年历史洪峰比值为0.667。两站间这些历史洪峰的比值与前述时段洪量的比值基本接近，均处于两站间同次洪峰的比值范围之内，与同次洪峰的平均比值接近。

若大面积强暴雨沿木吉河由西向东移动，并有所停滞，会形成排格洞、喀拉库里、克勒克特大洪水。如果成因为混合型，排格洞、喀拉库里、布伦口、克勒克最大历史洪水是同场洪水的可能性就更大。

从历史洪水调查可知，上游喀拉库里河喀拉库里站1926年历史洪峰流量为221m3/s，与下游克勒克站1926年的历史洪峰1010m3/s对应，而在木吉河排格洞调查到的最大历史洪峰为450m3/s，其发生年份不详。将喀拉库里最大历史洪峰与排格洞的相加，等于布伦口站址处调查到的最大历史洪峰为674m3/s。由此可断定布伦口站最大历史洪峰的发生年份是1926年。

因此，布伦口站址处调查到的最大历史洪峰674m3/s极其可能是1926年发生的，其量值也较可靠。盖孜河1926年的这场历史洪水主要源于木吉河盆地，沿程均有很大补给，到克勒克站时洪峰达到1010m3/s，是全流域同时发生洪水所致。

3 洪水特性

据布伦口站1956—1967年及克勒克1959—2009年实测资料统计，年最大洪峰流量主要出现在7月中旬—8月中旬。洪峰特点表现为洪水连续、量大而峰不高。如布伦口1956年7月25日实测最大流量178m3/s，为布伦口站实测第一位，相应的日平均流量为152m3/s，与峰值相当接近；又如克勒克站1978年7月7日实测最大流量295m3/s，而相应的日平均流量为272m3/s，与峰值也相当接近。洪水过程呈锯齿形，历时长、缓涨缓落，有明显的日变化。两站实测年最大洪峰的峰现时间，主要在7—12时。从日平均流量过程上看两站洪水过程上单峰、复峰均有出现，但以复峰居多，洪水历时一般在10～25天。

4 洪水成因分析

盖孜河喀拉库里站、布伦口站、克勒克站历年实测年最大洪峰，几乎全都发生在月平均气温最高的7月或8月份，与气温的变化过程有着密切的关系。不管有无降雨，洪水过程均有明显的日变化，这很吻合以冰川积雪补给的河流的洪水特点，布伦口站1958年7月14日发生的年最大洪水就是这种情况。塔什库尔干高山气象站的资料表明，7月3—15日日平均气温稳定地大于18℃，7月11—16日日平均气温均大于21.2℃，洪峰前一日即7月13日为22.5℃，达到年最高值，与布伦口站的年最大洪峰的发生时间极为对应。

布伦口站、克勒克站实测年最大日降雨量与最大洪峰之间，无明显的直接对应关系。但从地形及水汽来源上看，地势较低而宽阔的木吉河盆地，在高温季节发生大面积、大强度或长历时的降雨情况下，可形成布伦口、克勒克的年最大洪水，1966年8月20日发生的年最大洪水就是这种情况(见表2)。洪前，克勒克站以上流域内外大面积降雨，降水历时均在5日以上，连续逐日降水量累积值，具有西大东小的特点，布伦口站、克勒克站8月16—20日累积降水量分别为16.7mm、16.9mm。在该场洪水发生前的日降雨及气温过程，一般来说对于固定河段，冰川积雪消融洪水的峰现时间较为固定，而该场洪水在布伦口站的洪峰出现时间为20日18时，明显偏离了该站年最大洪峰通常出现的时间7—12时，由此可断定该场洪水是由降雨所产生。

表2 布伦口站、克勒克站660820洪水前邻近各站日降水量对照

5 设计洪水计算

在建的布伦口—公格尔水电站工程位于盖孜水电站上游，由于该工程的布伦口水库为多年调节水库，且先于盖孜水电站建成，建成后将改变盖孜水电站处天然的洪水过程。

盖孜水电站拟定的三种开发方案中，上闸址(引水调节池方案)直接接布伦口—公格尔水电站尾水，不存在设计洪水问题；中坝址、下坝址为拦河开发方案，其洪水除来自布伦口调洪出库外还来自布—坝区间，因此此次将布—坝区间设计洪水与布伦口水库同频率设计出库洪水过程叠加，作为盖孜水电站中坝址、下坝址处的设计洪水。

坝址断面天然设计洪水计算：盖孜水电站拟定的坝址断面位于布伦口站、克勒克站之间，其洪水同时受上、下游两水文站控制。此次利用插补延长的布伦口站、克勒克站洪水系列，采用内插法由面积比拟计算坝址断面天然洪水系列，公式如下：

式中Q坝——中坝址、下坝址洪峰流量,m3/s；时段洪量，106m3；

Q克——克勒克站洪峰流量，m3/s，时段洪量，106m3；

Q布——布伦口站洪峰流量，m3/s，时段洪量，106m3；

F坝——中坝址、下坝址控制流域面积，km2；

F克——克勒克站控制流域面积，km2；

F布——布伦口站控制流域面积，km2。

依据得到的坝址断面洪水系列，采用皮尔逊Ⅲ型曲线目估适线，结果见表3、表4。

表3 盖孜水电站中坝址天然设计洪水成果

表4 盖孜水电站下坝址天然设计洪水成果

根据典型洪水选取原则，选取具有一定的代表性，峰高量大，对工程最为不利的洪水过程作为典型洪水过程。此次选定布伦口站1961年7月27日—8月3日的洪水作为典型洪水过程，采用同频率法计算设计洪水过程线,结果见图1、图2。

图1 中坝址天然设计洪水过程线

图2 下坝址天然设计洪水过程线

6 结 论

据布伦口站1956—1967年及克勒克站1959—2009年实测资料统计，年最大洪峰流量主要出现在7月中旬—8月中旬。洪峰特点表现为洪水连续、量大而峰不高，从日平均流量过程上看两站洪水过程上单峰、复峰均有出现，但以复峰居多，洪水历时一般在10～25天。按有关部门审核意见，盖孜河能定量的三场历史洪水重现期分别为：最大历史洪水(1926年)重现期为136年，第二大历史洪水(1913年)重现期为96年，第三大历史洪水(1945年)重现期为64年。

盖孜水电站拟定了三种开发方案，分别为上闸址方案(引水调节池方案)、中坝址方案、下坝址方案。其中引水调节池方案直接接布伦口—公格尔水电站尾水，为本阶段的推荐方案，而中坝址方案、下坝址方案为拦河方案，为本阶段的比较方案，其洪水除来自布伦口调洪出库外还来自布—坝区间，因此本次将布—坝区间设计洪水与布伦口水库同频率设计出库洪水过程叠加，作为盖孜水电站中坝址、下坝址处的设计洪水，根据典型洪水选取原则，本次选定布伦口站1961年7月27日—8月3日的洪水作为典型洪水过程，采用同频率法计算设计洪水过程线。